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    如果宇宙確實是空間無限的，或者如果存在無限多宇宙，就會存在某些從光滑和一致的形態開始演化的大的區域。這有點像著名的一大群猴子錘擊打字機的故事——它們所寫的大部分都是廢話。但是純粹由於偶然，它們可能碰巧打出莎士比亞的一首十四行詩。類似地，在宇宙的情形下，是否我們可能剛好生活在一個光滑和均勻的區域裏呢？初看起來，這是非常不可能的，因為這樣光滑的區域比混沌的無序的區域稀罕得多。然而，假定隻有在光滑的區域裏星係、恒星才能形成，才能有合適的條件，讓像我們這樣複雜的，能自然複製的機體得以發展，這種機體能夠質疑宇宙為什麽如此光滑的問題。這就是應用稱為人存原理的一個例子。人存原理可以解釋為：“我們看到的宇宙之所以如此，乃是因為我們的存在。”

    人存原理有弱的和強的意義下的兩種版本。弱人存原理是講，在一個大的或具有無限空間和/或時間的宇宙裏，隻有在某些時空有限的區域裏，才存在智慧生命發展的必要條件。因此，在這些區域中，如果智慧生物觀察到他們在宇宙的位置滿足他們存在必要的條件，他們就不應感到驚訝。這有點像生活在富裕街坊的富人看不到任何貧窮。

    應用弱人存原理的—個例子是“解釋”為何大爆炸發生於大約100億年之前——智慧生物大約需要那麽長時間演化。正如前麵解釋的，一個早代的恒星必須首先形成。這些恒星將原先的一些氫和氦轉化成像碳和氧這樣的元素，由這些元素構成我們。然後恒星作為超新星而爆發，其裂片形成其他恒星和行星，其中就包括我們的太陽係，太陽係年齡大約是50億年。地球存在的頭10億或20億年，對於任何複雜東西的發展都嫌太熱。餘下的30億年左右才用於生物進化的漫長過程，從最簡單的生命，直到能夠測量回溯到大爆炸的時間的生命，就在此期間形成。

    很少有人會對弱人存原理的有效性提出異議。然而，有的人走得更遠並提出強人存原理。按照這個理論，要麽存在許多不同的宇宙，要麽存在一個單獨宇宙的許多不同的區域，每一個都有自己初始的結構，或許還有自己的一族科學定律。這些宇宙中的大多數，不具備複雜機體發展的合適條件；隻有在少數像我們的宇宙中，智慧生命才得以發展並能質疑：“為何宇宙是我們看到的這種樣子？”

    答案很簡單：如果它不是這個樣子，我們就不會在這裏！

    我們現在知道，科學定律包含許多基本的數，如電子電荷的大小以及質子和電子的質量比。至少現在，我們不能從理論上預言這些數值——我們必須由觀測找到它們。

    也許有一天，我們會發現一個將它們所有都預言出來的完備的統一理論，但是還有可能它們之中的一些或全部，在不同的宇宙或在一個單一宇宙之中是變化的。值得注意的事實是，這些數值看來是被非常細微地調整到讓生命得以發展。例如，如果電子的電荷隻要稍微有點不同，則要麽恒星不能夠燃燒氫和氦，要麽它們沒有爆炸過。當然，也許存在其他形式的、甚至還沒被科學幻想作家夢想過的智慧生命。它並不需要像太陽這樣恒星的光，或在恒星中製造出並在它爆炸時被拋到空間去的更重的化學元素。盡管如此，看來很清楚，允許任何智慧生命形式的發展的數值範圍是比較小的。對於大部分數值的集合，宇宙也會產生，雖然它們可以是非常美的，可惜不包含任何一個能為如此美麗而傾倒的人。人們既可以認為這是在創生和科學定律選取中的神意的證據，也可以認為是對強人存原理的支持。

    人們可以提出一係列理由，來反對用強人存原理解釋觀察到的宇宙狀態。首先，在何種意義上，可以說所有這些不同的宇宙存在？如果它們確實相互隔開，在其他宇宙中發生的事件在我們自己的宇宙中就沒有可觀測的後果。

    所以，我們應該用經濟原理，將它們從理論中割除掉。另一方麵，它們若僅僅是一個單一宇宙的不同區域，則在每個區域裏的科學定律必須是一樣的，否則人們就不能從一個區域連續地運動到另一區域。在這種情況下，不同區域之間的僅有的不同是它們的初始結構。這樣，強人存原理即歸結為弱人存原理。

    對強人存原理的第二個異議是，它和整個科學史的潮流背道而馳。我們現代的圖象是從托勒密和他的支持者的地心宇宙論出發，通過哥白尼和伽利略日心宇宙論發展而來的。地球是一個中等大小的行星，它圍繞著一個尋常的螺旋星係外圈的普通恒星作公轉，而這星係本身隻是可觀察到的宇宙中大約萬億個星係之一。然而強人存原理卻宣布，這整個龐大的構造僅僅是因我們的緣故而存在，這是非常令人難以置信的。我們太陽係肯定是我們存在的前提，人們可以將之推廣於我們的整個星係，作為讓產生重元素的早代恒星存在的前提。但是，絲毫看不出存在任何其他星係的必要，宇宙在大尺度上也不必在每一方向上必須如此一致和類似。

    如果人們能夠表明，宇宙的相當多不同的初始結構會演化產生像我們今天看到的宇宙，至少在弱的形式上，人們會對人存原理感到更滿意。如果果真如此，則一個從某些隨機的初始條件發展而來的宇宙，應當包含許多光滑均勻的區域，而且這些區域適合智慧生命演化。另一方麵，如果必須極端仔細地選擇宇宙的初始條件，才能導致在我們周圍所看到的一切，宇宙就不太可能包含任何會出現生命的區域。在上述的熱大爆炸模型中，熱來不及從一個區域流到另一區域。這意味著宇宙的初始態在每一處必須剛好有同樣的溫度，才能說明我們在每一方向上看到的微波背景輻射都有同樣溫度。其初始的膨脹率也要非常精確地選擇，才能使現在的膨脹率仍然這麽接近於需要用以避免坍縮的臨界速率。這表明，如果熱大爆炸模型直到時間的開端都是正確的，則確實必須非常仔細地選擇宇宙的初始態。所以，除非作為上帝有意創造像我們這樣生命的行為，否則很難解釋，為何宇宙隻用這種方式起始。

    為了試圖尋找一個能從許多不同的初始結構演化到像現在這樣的宇宙的東西，麻省理工學院的科學家阿倫·固斯提出，早期宇宙可能經曆過一個非常快速膨脹的時期。

    這種膨脹叫做“暴脹”，意指宇宙在一段時間裏，不像現在這樣以減少的，而是以增加的速率膨脹。按照固斯理論，在遠遠小於1秒的時間裏，宇宙的半徑增大了100萬億億億（1後麵跟30個0）倍。

    固斯提出，宇宙是以一種非常熱而且相當混沌的狀態從大爆炸起始的。這些高溫表明宇宙中的粒子運動得非常快並具有高能量。正如早先我們討論過的，人們預料在這麽高的溫度下，強和弱核力及電磁力都被統一成一個單獨的力。隨著宇宙膨脹，它會變冷，而粒子能量下降。最後出現了所謂的相變，並且力之間的對稱性被破壞了：強力變得和弱力以及電磁力不同。相變的一個普通的例子是，當水降溫時會凍結成冰。液態水是對稱的，它在任何一點和任何方向上都是相同的。然而，當冰晶體形成時，它們有確定的位置，並在某一方向上整齊排列。這就破壞了水的對稱。

    在水的情形，隻要你足夠小心，就能使之“過冷”：

    也就是可以將溫度降低到冰點（0°C）以下而不結冰。固斯認為，宇宙的行為也很相似：宇宙溫度可以降低到臨界值以下，而各種力之間的對稱沒有受到破壞。如果發生這種情形，宇宙就處於一個不穩定狀態，其能量比對稱破缺時更大。可以指出，這特殊的額外能量呈現出反引力的效應：其作用如同一個宇宙常數。宇宙常數是當愛因斯坦在試圖建立一個穩定的宇宙模型時，引進廣義相對論之中去的。由於宇宙已經像大爆炸模型那樣膨脹，所以這宇宙常數的排斥效應使得宇宙以不斷增加的速度膨脹。即使在一些物質粒子比平均數更多的區域，這一有效宇宙常數的排斥作用也超過了物質的引力吸引作用。這樣，這些區域也以加速暴脹的形式膨脹。當它們膨脹時，物質粒子就越分越開，留下了一個幾乎不包含任何粒子，並仍然處於過冷狀態的膨脹的宇宙。這種膨脹抹平了宇宙中的任何不規則性，正如當你吹脹氣球時，它上麵的皺紋就被抹平了。這樣，從許多不同的非均勻的初始狀態可以演化出宇宙現在光滑均勻的狀態。

    在這樣一個其膨脹由宇宙常數加速，而不因物質的引力吸引使之減慢的宇宙中，早期宇宙中的光線就有足夠的時間從一個區域旅行到另一個區域。這就解答了早先提出的，為何在早期宇宙中的不同區域具有同樣性質的問題。

    不但如此，宇宙的膨脹率也自動變得非常接近由宇宙的能量密度決定的臨界值。這就能夠解釋，不需假設宇宙初始膨脹率曾被非常仔細地選擇過，為何現在的膨脹率仍然這麽接近臨界值。

    暴脹的思想還能解釋為何在宇宙中存在這麽多物質。

    在我們能觀察到的宇宙中大約有1億億億億億億億億億億（1後麵跟80個0）個粒子。它們從何而來？答案是，在量子理論中，粒子可以從粒子/反粒子對的形式由能量中創生出來。但這隻不過引起能量從何而來的問題。答案是，宇宙的總能量準確為零。宇宙中的物質是由正能量產生的。然而，物質本身由於引力總是吸引的。兩塊相互靠近的物質比兩塊分得很開的物質具有較少的能量，因為你必須消耗能量去克服把它們拉在一起的引力才能將其分開。這樣，在一定意義上，引力場具有負能量。在空間上大體一致的宇宙的情形中，人們可以證明，這個負的引力能剛好抵消了物質所代表的正能量。這樣，宇宙的總能量為零。

    零的2倍仍為零。這樣，宇宙可以同時將其正的物質能和負的引力能加倍，而不違反能量守恒。在宇宙正常膨脹時，這並沒有發生。這時當宇宙變大時，物質能量密度下降。然而，這種情形確實發生於暴脹時期。因為當宇宙膨脹時，過冷態的能量密度保持不變：當宇宙體積加倍時，正物質能和負引力能都加倍，這樣總能量保持為零。

    在暴脹相，宇宙的尺度增大了一個非常大的倍數。這樣，可用以製造粒子的總能量變得非常大。正如固斯說過的：

    都說沒有免費午餐這回事，但是宇宙卻是最徹底的免費午餐。”

    今天宇宙不是以暴脹的方式膨脹。這樣，必須有一種機製，它可以消去這一非常大的有效宇宙常數，從而使膨脹率從加速的狀態改變為如同今天這樣由引力減慢的狀態。人們可以預料，在宇宙暴脹時各種力之間的對稱最終會破缺，正如過冷的水最終會凝固一樣。這樣，未破缺的對稱態的額外能量就會釋放，並將宇宙重新加熱到剛好低於使各種力對稱的臨界溫度。以後，宇宙就以標準的大爆炸模式繼續膨脹並變冷。但是，現在我們可以解釋，為何宇宙剛好以臨界速率膨脹，並且為何不同的區域具有相同的溫度。

    在固斯的原先設想中，有點像在非常冷的水中出現冰晶體，相變是突然發生的。其想法是，正如同沸騰的水圍繞著蒸汽泡，新的對稱破缺相的“泡泡”在原有的對稱相中形成。設想泡泡膨脹並相互碰撞，直到整個宇宙處於新相。麻煩在於，正如同我和其他幾個人指出的，宇宙膨脹得如此之快，即使泡泡以光速脹大，它們也要相互分離，並因此不能合並在一起。結果宇宙變成一種非常不均勻的狀態，有些區域仍具有各種力之間的對稱。這樣的模型跟我們觀察到的宇宙不吻合。

    1981年10月，我去莫斯科參加量子引力的會議。會後，我在斯特堡天文研究所做了一個有關暴脹模型和它的問題的講演。在此之前，我請其他人替我宣讀講稿，因為大多數人聽不懂我的聲音。但是這一次我來不及準備講稿，所以我自己講，讓我的一名研究生逐字逐句地重複我的話。演講進行得很順利，並且使我有多得多的時間和聽眾交談。聽眾席中有一位年輕的蘇聯人，莫斯科列別捷夫研究所的安德雷·林德。他說，如果泡泡是如此之大，使得我們的宇宙區域被整個地包含在一個單獨的泡泡之中，則可以避免泡泡不能合並在一起的困難。為了使這個行得通，從對稱相向對稱破缺相的改變必須在泡泡中發生得非常緩慢，但是按照大統一理論這是完全可能的。林德的緩慢對稱破缺思想非常好，但是過後我意識到，他的泡泡在那一時刻必須比宇宙的尺度還要大！我指出，那時對稱不僅僅在泡泡裏，而且在所有的地方同時被破壞。這會導致一個正如我們觀察到的一致的宇宙。我被這個思想弄得非常激動，並和我的一個學生因·莫斯討論。然而，當我後來收到一個科學雜誌社寄來的林德的論文，征求是否可以發表時，作為他的朋友，我感到相當難為情。我答複說，這裏有一個關於泡泡比宇宙還大的瑕疵，但是裏麵關於緩慢對稱破缺的基本思想是非常好的。我建議將此論文照原樣發表。因為林德要花幾個月時間去改正它，並且他寄到西方的任何東西都要通過蘇聯的審查，這種對於科學論文的審查既無技巧可言又很緩慢。我和因·莫斯便越俎代庖，為同一雜誌寫了一篇短文。我們在該文中指出這泡泡的問題，並提出如何將其解決。